露天转地下衔接过程中边坡岩体稳定性分析

论文摘要

边坡岩体稳定性分析是矿山露天转地下过程中需要重点关注的关键问题之一。边坡岩体稳定性包含边坡岩体的稳定、变形、破坏等过程。利用数值方法进行边坡变形和破坏的研究,有助于我们更加深入了解其力学机理,进而对相关的失稳进行分析。应用颗粒流PFC2D软件可以有效地研究边坡稳定和变形破坏的动态特性。相比传统有限元（FEM）软件,颗粒流离散元软件能够更明晰地表现岩体变形破坏的内部机理,深入了解岩体的变形和破坏特性。本文提出了一种基于颗粒流PFC软件研究边坡变形破坏的系统方法。该方法能够有效地建立符合实际的边坡模型,进而研究边坡稳定性,直观地观察边坡整个变形和破坏过程。依此,可以为黑山铁矿现场边坡治理及采矿工艺选取提供一定的建议。围绕这一研究课题,本文开展了以下方面的研究工作：1.颗粒流方法模拟结果准确性的关键在于细观参数与宏观参数的拟合。通过点荷载试验、现场结构面3GSM数字扫描、岩体质量BQ分级,最后根据修正的Hoek-Brown准则得到边坡岩体的物理计算参数,主要包括岩体抗压强度、抗拉强度、杨氏模量、粘结力和摩擦角。2.通过系列双轴压缩和巴西盘数值试验进行了颗粒流试样模型力学测试,依此来对细观计算参数的宏观响应特性进行标定,得到了符合黑山铁矿的颗粒流细观计算参数。3.建立了剖面为Y=123250的黑山铁矿二维边坡模型。将强度折减方法与颗粒流离散元结合,提出了强度折减颗粒流方法,并对二维PFC程序进行了拓展,增加了自动折减强度参数的功能,以模拟边坡的稳定性并求得边坡的稳定安全系数。4.本文对黑山铁矿转入地下开采之后,挂帮矿回采对边坡岩体扰动造成变形破坏整个过程进行了研究,分析了覆盖层的形成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.1.1 露天转地下面临问题及课题研究意义
• 1.2 岩体边坡稳定性数值方法研究现状
• 1.2.1 岩体边坡变形破坏机理研究进展
• 1.2.2 岩体边坡稳定性分析数值方法
• 1.3 本论文研究思路和内容
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 黑山铁矿边坡现场调查及岩体力学参数计算
• 2.1 引言
• 2.2 矿区地质采矿条件
• 2.2.1 矿区概况
• 2.2.2 矿区工程地质特征
• 2.2.3 边坡构造地质特征
• 2.2.4 矿岩物理力学性质
• 2.3 现场测试部分
• 2.3.1 现场点载荷强度试验
• 2.3.2 基于3GSM的边坡结构面调查
• 2.3.3 黑山铁矿边坡岩体质量及稳固性分级
• 2.3.4 基于Hoek-Brown准则的计算边坡岩体强度参数计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 颗粒流PFC岩体模型宏细观参数标定
• 3.1 引言
• 3.2 颗粒流程序基本原理和特点
• 3.2.1 PFC理论背景
• 3.2.2 PFC的主要假定
• 3.2.3 颗粒流方法解题途径
• 3.2.4 颗粒流理论的特点和特色
• 3.3 岩石材料宏观性质与细观性质的联系
• 3.4 完整岩体PFC模型的建立与参数标定
• 3.4.1 PFC模型的建立
• 3.4.2 模型参数的标定
• 3.5 本章小结
• 第4章 颗粒流离散元强度折减法的边坡稳定性研究
• 4.1 引言
• 4.2 强度折减法的基本原理
• 4.2.1 强度折减法研究现状
• 4.2.2 边坡安全系数的定义
• 4.2.3 边坡失稳破坏临界标准判断准则
• 4.2.4 离散元强度折减法边坡稳定性分析实现流程
• 4.3 西帮边坡颗粒流模型及稳定性分析
• 4.3.1 边坡概况
• 4.3.2 数值模拟试验力学模型的建立
• 4.3.3 进路工程布置前边坡稳定性
• 4.3.4 进路工程布置后边坡稳定性
• 4.4 本章小结
• 第5章 崩落法开采围岩变形破坏过程及覆盖层形成分析
• 5.1 引言
• 5.2 覆盖层形成方式及作用概述
• 5.3 西帮挂帮矿回采过程围岩破坏及覆盖层形成数值模拟
• 5.3.1 边坡变形破坏模型建立
• 5.3.2 边坡岩体变形破坏数值模拟结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 进一步研究
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介